Utilização de Filtro de
Múltiplas Camadas para
remoção de Turbidez
Use of multi-layer filter for turbidity removalLeonardo Ramos da Silveira
Maycol Moreira Coutinho
Resumo
Buscando tecnologias mais eficientes e econômicas para o tratamento da água, o presente trabalho teve como objetivo a construção do Filtro de Múltiplas Camadas (FMC). No Brasil e no mundo, há uma dificuldade crescente na distribuição de água com as qualidades previstas em normas, isso ocorre devido a condições financeiras ou falta de informações para que possa haver um tratamento adequado. Sendo assim, o objetivo é a remoção de parâmetros físico-químicos como: turbidez, sólidos, condutividade e pH. Dessa forma os resulta-dos obtiresulta-dos mostram eficiência na remoção de turbidez, em média de 66,9% para o FMC com baixa turbidez e eficiência de 88,2% para carreira de alta turbidez. Os resultados revelam um alto índice de eficiência em relação às taxas de turbidez utilizado para os ensaios ao qual o filtro foi submetido.
Palavra-chave: Filtração, Filtro de múltiplas camadas, Remoção de Turbidez.
Introdução
A dificuldade crescente de oferta de água de boa qualidade em quantidades suficientes à população é uma preocu-pação do mundo moderno. No Brasil, muitas vezes não há condições financei-ras ou informações suficientes para que haja um tratamento adequado. Como consequência, acontece um grande
desperdício de quantidades de água que poderiam ser reutilizadas (NASCI-MENTO, PELEGRINI, BRITO, 2012).
Além da quantidade, a qualidade da água também é uma questão bastante preocupante. A poluição do meio aquá-tico pode causar alterações das caracte-rísticas físicas (turbidez, cor, número e
tamanho de partículas, temperatura, condutividade e viscosidade, entre ou-tros) químicas (DBO, pH, toxicidade etc.) ou biológicas (microrganismos em geral e espécies de fitoplâncton e zooplâncton). A má qualidade da água consumida é a maior responsável pelas doenças endêmicas nos países em de-senvolvimento, como por exemplo, có-lera, febre tifóide, salmoneloses, disen-teria baciliar, viroses, hepatite, entre outras (MARNOTO, 2008). Diz Marnoto (2008), a filtração é um processo im-prescindível para a produção contínua de água potável.
Segundo Marnoto (2008), o processo de filtração lenta consiste na passagem de uma solução por um meio poroso com a finalidade de remoção de sólidos suspensos ou precipitados químicos. A remoção de sólidos suspensos através da filtração envolve mecanismos de transporte e aderência como retenção (coagem), intercepção, difusão, adsor-ção e outros fenômenos. A eficiência do filtro não depende apenas destes fenô-menos, sendo as características físicas e químicas da água, a concentração dos sólidos em suspensão, as características do meio filtrante (granulometria, poro-sidade e profundidade), a taxa de aplica-ção e o método de operaaplica-ção do filtro são também fatores que contribuem.
A potabilidade da água por filtração se baseia na passagem de água por um
meio poroso, melhorando sua qualida-de pela retenção qualida-de impurezas, qualida-dentre elas partículas suspensas e coloidais e, também, microrganismos em geral, de forma que a desinfecção final seja efeti-va (TEIXEIRA, 2004).
A filtração lenta é o sistema de tra-tamento de água mais antigo utilizado pela humanidade. É operacionalmente simples, de baixo custo e muito efetivo desde que projetado de forma apropria-da e aplicado nas situações corretas. Essa tecnologia não requer a adição de coagu-lante, e tem sido considerada a solução apropriada para diversas aplicações nos países em desenvolvimento, especial-mente na zona rural e comunidades de pequeno e médio porte (PERALTA, 2005).
A filtração lenta em areia é uma for-ma extrefor-mamente simplificada de trata-mento de água, desenvolvida a partir de uma analogia estabelecida com a perco-lação de águas naturais através do solo até os aquíferos e de lá para as fontes de onde jorravam límpidas e adequadas às exigências estéticas e sanitárias do ho-mem (HELLER, MURTHA, 1998).
A filtração lenta é uma alternativa com grande potencial de aplicabilidade em pequenas comunidades de países em desenvolvimento. Segundo várias fontes, esse tipo de filtração tem se mostrado muito eficiente no tratamen-to de água, apresentando resultados positivos. O processo de tratamento
consiste na passagem da água por um meio filtrante granular, normalmente feito de areia, cuja finalidade é a me-lhoria de suas características físicas, químicas e biológicas, capaz de torná--la adequada dentro dos parâmetros de potabilidade para consumo humano, após desinfecção final (BERGAMINI, PATERNIANI, 2010).
A remoção dos sólidos no sistema de filtração direta é realizada tão somente nos filtros, cujo desempenho transcen-de às variáveis hidráulicas inerentes a esta etapa. Tanto a hidrodinâmica do fluído no meio filtrante quanto a eta-pa de coagulação influenciam sobre maneira o desempenho das unidades filtrantes. A porosidade e a relação en-tre a espessura do meio filtrante e o tamanho médio dos grãos refletem na eficiência da filtração. À medida que se aumenta o tamanho dos grãos e a es-pessura do meio filtrante, maior serão também o volume de vazios intergra-nulares destinado ao armazenamento de partículas, acarretando, desse modo, carreiras de filtração mais longas (LIBÂ-NIO et al., 2004).
No tratamento sem coagulação quí-mica, a filtração lenta e a cloração são os principais processos capazes de assegu-rar a produção de água com qualidade adequada ao consumo humano. Porém, a eficiência da filtração lenta pode ser comprometida, se a turbidez da água
bruta for superior a 10 uT. Neste caso, a pré-filtrarão possibilita a redução das impurezas da água antes de filtração lenta (DI BERNARDO, VERAS, 2008).
Assim, buscou-se o melhor método para o tratamento de água com baixo custo usando materiais de fácil acesso, tratando os aspectos físico-químicos, no qual o objetivo foi analisar a filtração lenta direta descendente com dupla ca-mada de cada material, para que possa atender pequenas populações e zonas rurais onde o tratamento ainda é es-carço, frisando a remoção de turbidez, melhorando a qualidade da água e bus-cando o enquadramento com a portaria 2914/2011, que dispõe sobre procedi-mentos de controle e de vigilância da qualidade da água produzida e distribu-ída para o consumo humano, bem como os parâmetros e limites permitidos.
Contudo, para aplicar técnicas mais econômicas para que pequenas co-munidades possam ter uma água com potabilidade e possam satisfazer a le-gislação, temos que reduzir a estação de tratamento de ciclo completo em apenas uma unidade que possa tratar a água com baixo custo. Dessa forma, a proposta desse trabalho é mensurar a eficiência do Filtro de Múltiplas Cama-das (FMC) de baixo custo, com filtração lenta e com dupla camada, avaliando os benefícios para ser aplicado às necessi-dades hoje vistas no Brasil.
Materiais e Métodos
A metodologia do presente trabalho consistiu em trazer uma forma mais econômica e eficaz de fazer o tratamento de água, dando enfoque na remoção de turbidez, no qual se procedeu a construção de um filtro em escala piloto para verificar a eficácia do tratamento. Destaca-se que todos os procedimen-tos foram realizados seguindo as mesmas condições amostrais de forma que pudesse haver a realização e comparação dos mesmos.
Construção do filtro de múltiplas camadas
Para a construção do filtro, foram utilizados tubos cilíndricos de PVC onde as camadas de filtração foram dispostas ao logo do tubo. O filtro de múltiplas cama-das foi disposto com uma altura total de 1,76 m e al-tura da coluna de água de 0,48 m. Os tubos de PVC possuem o diâmetro de 150 mm, como pode ser ob-servado na Figura 1.
Os materiais que foram utilizados na montagem do respectivo filtro são: Tubos de PVC 150 mm cola de cano, cola para vedação de calha (veda calha), tor-neiras esféricas, luvas de tubos de 150 mm, caps de esgoto, flange de caixa d’água, joelho 90° L/R de ¾”, anel de borracha para vedação. Para a construção do leito filtrante do Filtro de Múltiplas Camadas, foi fei-to a utilização dos seguintes materiais: seixo rolado, areia, brita, carvão ativado e geotêxtil.
A primeira camada (base) era suporte, constituída de seixos rolados de granulometria variada, tendo 10 cm no meio filtrante. Logo acima, foi colocada uma manta sintética (Geotêxtil), em seguida foi colocada a segunda camada que era composta de areia lavada, com 40 cm de altura, sendo essa dividida em três subcamadas,
Figura 1
Filtro de Múltiplas Camadas.
no qual a primeira subcamada era cons-tituída de 10 cm com a areia retida na peneira de 250 mm/μm, a segunda de 15 cm com areia retida na peneira de
400 mm/μm e a terceira de 15 cm com areia retida na peneira de 600 mm/μm, totalizando assim os 40 cm da camada de areia, como se observa na Figura 2.
Acima da camada de areia foi colocada a camada de brita, na qual foi utilizada a brita 1 com camada medindo 10 cm. De-pois da camada de brita, foi colocado a camada de carvão ativado, com altura de 4 cm. Por fim, foi colocado mais um ge-otêxtil logo acima da camada de carvão.
Concluídas essas camadas, então se repetiu as mesmas mais uma vez,
formando dupla camada de cada mate-rial no leito filtrante, formando assim o filtro de Múltiplas Camadas.
Produção de turbidez na água
A água utilizada para os ensaios foi a coletada na Universidade Paulista/ Câmpus de Brasília, e, para produção da turbidez, foi utilizado solo argiloso
Figura 2 Modelo e Detalhamento do Filtro em Múltiplas Camadas com Descrição da Granulometria areia.
típico de Brasília. Para tal, foram de-fi nidas duas taxas de turbidez (uma baixa e outra alta) a nível de simular o que acontece com a água em épocas de chuvas passageiras e chuvas de longa duração respectivamente.
Dessa maneira, utilizaram-se parâ-metros para determinar a alta e baixa turbidez com o solo, sendo que para baixa turbidez determinou-se a utiliza-ção de 0,85 g de solo para cada litro de água, e para alta turbidez determinou--se 3,5 g por litro.
Então, o meio fi ltrante foi subme-tido a dois ciclos, ou duas carreiras de fi ltração, sendo a primeira com baixa turbidez, no qual foram colocados 60 L de água e adicionando 51 g de solo, e o de alta turbidez seguindo o mesmo procedimento, só que com 210 g de so-los adicionados aos 60 L de água.
Análises realizadas
As análises foram feitas com parâ-metros específi cos como: pH, sólidos, turbidez e condutividade.
As análises de turbidez foram executa-das com turbidímetro, o de condutivida-de, temperatura e sólidos com a utilização do equipamento sensION5, e para aferi-mento do pH foi utilizado o pHmetro.
Resultados e discussões
Análises dos Parâmetros
Físicos-Químicos (Baixa Alta Turbidez)
Para o Filtro de Múltiplas Camadas (FMC), com volume de 60 L com baixa e alta turbidez (0,83 g de solo por litro de água), e (3,5 g de solo por litro de água), com tempo de detenção hidráulica igual há 70 minutos, pode-se observar seus resultados conforme os Gráfi cos 1 a 10.
GRÁFICO 1
GRÁFICO 2
Análise dos valores de Turbidez
O Gráfi co 1 mostra que houve uma redução bastante considerável em vir-tude da fi ltração, sendo que a turbidez inicial da amostra era de aproxima-damente 135 UNT, e após passar no fi ltro reduziu para aproximadamente 32 UNT, aos 4 minutos pode-se perce-ber que houve um pico na remoção de turbidez, porém ao longo do tempo o fi ltro perdeu rendimento e chegou ao fi m da carreira com aproximadamente 78 UNT, isso pode ser explicado pela colmatação do fi ltro ao longo do tempo.
Conforme o Gráfi co 2 demonstra, o FMC conseguiu uma redução de aproxi-madamente 330 UNT aos 30 s, porém, durante a fi ltração da carreira, pode--se notar que houve leves acréscimos e decréscimos na remoção de turbidez, sendo a maior remoção aos 30s
apresen-tando 30 UNT após passar no FMC, e a menor remoção aos 30 min apresentan-do 63 UNT. Fica evidenciaapresentan-do então que quanto maior a taxa de turbidez maior é a taxa de remoção. Pela resolução do Conama 357/2005, a turbidez esta-belecida para águas de classe um é de 40 UNT. Nascimento et al. (2012) reali-za um trabalho sobre fi ltração e, a título de comparação, o fi ltro ao qual ele faz o mesmo foi submetido a uma carreira de 14 semanas e conseguindo obter picos de remoção de 90%, já o fi ltro utilizado neste artigo mostra taxas de remoção acima dos 80% tanto alta e baixa turbi-dez para uma carreira de apenas 70 min. Os Gráfi cos 3 e 4 mostram a obten-ção dos valores de pH das amostras com comparação antes e depois do tra-tamento no FMC.
GRÁFICO 3
Análise dos valores de pH
GRÁFICO 4
Análise dos valores de pH
Como mostrado no Gráfico 3, o pH sofreu um leve acréscimo, mas não muito diferente da amostra, sendo que a amostra inicial apresentou pH de 7,4 e logo após passar pelo FMC variou de 7,4 a 7,6. Demonstrando assim que ainda está com o pH con-siderado aceito pela portaria 2.914/ 2011 MS.
Conforme o Gráfi co 4, pode-se ob-servar que o pH da água se manteve em uma faixa entre 6,9 e 7,5, demonstran-do então variação de 0,6 em alguns pon-tos, porém ainda atendendo à portaria.
Os Gráfi cos 5 e 6 mostram a obten-ção dos valores da concentraobten-ção de Sólidos das amostras com comparação antes e depois do tratamento no FMC.
GRÁFICO 5
Análise dos valores sólidos
GRÁFICO 6
Análise dos valores sólidos
Conforme o Gráfi co 5, o FMC mos-tra-se efi ciente em relação à remoção de sólidos em água com baixa turbidez, demonstrando inicialmente uma que-da crescente em sólidos até os 25 minu-tos, com diminuição de 29 mg/L para 22 mg/L nesse intervalo de tempo, e depois dos 25 minutos os sólidos pra-ticamente se mantêm constantes, na faixa de 20 a 22 mg/L.
Com o Gráfi co 6, pode-se observar que há um grande aumento de sólidos após a amostra passar pelo FMC, essa quantidade de sólidos foi diminuindo até os 20 minutos, e variou muito pou-co após isso.
Os Gráfi cos 7 e 8 mostram a obten-ção dos valores de Condutividade das amostras com comparação antes e de-pois do tratamento no FMC.
GRÁFICO 7
Análise dos valores condutividade
GRÁFICO 8
Análise dos valores condutividade
Conforme o Gráfi co 7, pode-se no-tar que a condutividade da amostra antes de passar no FMC era baixa, e que houve um aumento na condutividade após passar no FMC, sendo que a con-dutividade se dá em relação à presença de impurezas na água. Visto que quan-to mais sólidos presentes na amos-tra, maior será sua condutividade.
Então como o comportamento do Grá-fi co 7 de sólidos, o de condutividade apresenta comportamento semelhan-te, com uma alta condutividade inicial, porém ao longo do tempo diminui, se mantendo com pouca variação depois dos 25 minutos.
Conforme o Gráfi co 8, pode-se ob-servar que houve comportamento
semelhante ao apresentado no Gráfi -co 5 de sólidos, no qual pode-se notar uma grande condutividade inicial após passar pelo FMC, porém a condutivida-de condutivida-decai e se estabiliza por volta dos 25 minutos, após esse tempo a conduti-vidade se mantém com pouca variação. Esse comportamento é semelhante ao
de sólidos, pois esses dois parâmetros são proporcionais um ao outro, ou seja, quanto mais impurezas presentes na água maior será a condutividade.
Os Gráfi cos 9 e 10 mostram a obten-ção da efi ciência do fi ltro para alta e bai-xa turbidez, amostras com comparação antes e depois do tratamento no FMC.
GRÁFICO 9
Análise dos valores de eficiência
GRÁFICO 10
De acordo com o Gráfico 9, temos a eficiência do leito filtrante do FMC, onde conseguimos obter níveis eleva-dos de remoção chegando a ter uma eficiência de 90% aos 4 minutos, e de-caindo ao longo do tempo.
De acordo com o Gráfico 10, pode--se observar que a eficiência do filtro de Múltiplas Camadas para alta turbi-dez foi alta. Sendo a eficiência inicial de 92% na remoção de turbidez, sendo que ao longo do tempo sua eficiência não variou drasticamente, ficando en-tre 85 e 92%. Apresentando assim uma média de 88,2% de eficiência na remo-ção de turbidez.
Pode-se notar que inicialmente o FMC demonstrou uma eficiência de 75%, e aos 4 minutos essa eficiência sofreu um pico, conseguindo atingir 89% de remoção de turbidez que estava presente na água. Dos 8 aos 20 minutos continuou praticamente constante em torno de 70%, e após esse tempo o fil-tro diminuiu sua eficiência, chegando a apresentar eficiência de 50% ao fim da carreira, isso se deu pela colmatação do filtro, no qual foi necessário realizar a retrolavagem para que o filtro apresen-tasse a mesma eficiência inicial. Com isso, o filtro apresentou para essa car-reira uma eficiência média de 66,9% na remoção de turbidez.
Para a análise dos resultados do Fil-tro de Múltiplas Camadas com 60 L de
baixa turbidez, foi obtido níveis signi-ficativos na remoção da turbidez, onde notou-se em alguns momentos níveis de até 90% de eficiência, mas ao fim da carreira o filtro demonstrou uma média de 66,9% de eficiência. Houve acrésci-mo de sólidos e condutividade em rela-ção à amostra que não passou no FMC, o comportamento de sólidos e condu-tividade foi equivalente, visto que um é proporcional ao outro, ou seja, quan-to mais impurezas presentes na água maior será a condutividade.
E para a análise do FMC com 60 L de alta turbidez, a eficiência se manteve quase que constante, sendo que tam-bém demonstrou remoções satisfató-rias, com uma média de 88,2% de efici-ência na remoção de turbidez. Também houve aumento dos sólidos e conduti-vidade em relação à amostra que não passou no FMC, demonstrando o mes-mo comportamento que com a carreira de baixa turbidez.
Ficou evidente que a eficiência do filtro se dá devido à quantidade de tur-bidez entrando no mesmo, sendo que a eficiência maior foi obtida pela carrei-ra com alta turbidez, ou seja, quanto maior a turbidez que entra maior será sua eficiência, porém isso ocasionou uma rápida colmatação do filtro, neces-sitando assim realizar a retrolavagem.
Considerações finais
Conforme os parâmetros das amos-tras utilizadas, o tratamento em ques-tão está satisfatório e com boa remoção nas duas carreiras de filtração. Mos-trando-se capaz de realizar a remoção de parâmetros físico-químicos impor-tantes para o uso da água, o uso do fil-tro mostra-se eficiente, tendo como ob-jetivo a análise separada do FMC como unidade única, se mostrando eficiente e com níveis elevados de remoção.
Ao analisar os parâmetros da água com alta e baixa turbidez e simular uma potencial chuva onde há carregamento
de água com turbidez elevada e sólidos, é visto que o filtro mostra uma promis-sora remoção podendo atingir níveis sa-tisfatórios. É de conhecimento geral que se a carreira de filtração for maior há um amadurecimento no filtro ao decorrer do tempo, podendo aumentar a sua eficiên-cia na remoção e alcançar padrões eleva-dos e atender a portaria em seu todo.
Logo, o FMC avaliado mostrou-se com potencial para a utilização no tra-tamento de água, sendo que sua aplica-ção em maior escala poderá apresentar maiores índices de remoção, atenuando assim sua eficiência.
Referências
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Abstract
Seeking more efficient and economical technologies for water treatment, the objective of this research was to construct the Multiple Layer Filter (FMC). In Brazil and in the world, there is an increasing difficulty in the distribution of water with the qualities provided in norms, this is due to financial conditions or lack of information so that there can be an adequate treatment. Therefore, the objective is the removal of physical--chemical parameters such as turbidity, solids, conductivity and pH. Thus, the results obtained show turbidity removal efficiency, on average 66.9% for FMC with low turbidity and 88.2% efficiency for high turbidity. The results reveal a high efficiency index regarding the turbidity rates used for the tests to which the filter was subjected.
